Wyniki 1-10 spośród 13 dla zapytania: authorDesc:"Antoni Sarzyński"

Pomiar ciśnienia fal uderzeniowych w eksperymentach laserowego umacniania udarowego

Czytaj za darmo! »

Rozwój techniki laserowej spowodował wzrost zastosowań promieniowania laserowego do obróbki materiałów. Promieniowanie laserowe wykorzystywane jest do wielu celów m.in.: szkliwienia, przetapiania, stopowania (domieszkowania powierzchniowego), platerowania, czyszczenia itp. [1]. W inżynierii materiałowej promieniowanie laserowe jest wykorzystywane najczęściej do powierzchniowej obróbki cieplnej. Istnieje także metoda wykorzystująca laserowo wzbudzane fale uderzeniowe do powierzchniowej obróbki plastycznej na zimno. Nosi ona nazwę "laserowe umacnianie udarowe" (ang. Laser Shock Peening albo Laser Shot Peening - w skrócie LSP [2÷7]). Metoda umożliwia nawet dziesięciokrotne zwiększenie odporności zmęczeniowej części metalowych, np. tytanowych łopatek turbin silników lotniczych. Jest droga i ma niską wydajność, ale mimo to jest już wykorzystywana na skalę przemysłową. W wielu ośrodkach naukowych prowadzone są intensywne prace badawcze zmierzające do zwiększenia jej efektywności i wydajności [2÷7]. Optymalizacja metody wymaga m.in. pomiaru ciśnienia fali uderzeniowej. Do detekcji tych fal stosuje się m.in. czujniki piezoelektryczne wykonane z polimeru PVDF [8÷13]. Obszar aktywny tych czujników może mieć niewielkie wymiary, 1×1 mm2, dzięki czemu nadają się one do detekcji fal wzbudzanych przez impulsy laserowe o małej energii. Pomiar ciśnienia fali uderzeniowej został szerzej opisany we wcześniejszych pracach [14, 15]. Badana próbka powinna być dostatecznie cienka, by nie nastąpiło zbyt silne stłumienie fali. Czujnik musi się stykać bezpośrednio z ośrodkiem, w którym propaguje się fala. Prędkość dźwięku oraz gęstość materiału próbki i czujnika na ogół są różne, a to powoduje zakłócenie propagacji badanej fali. Czujnik wskazuje ciśnienie fali występującej w jego wnętrzu, które ma na ogół inną wartość niż ciśnienie fali w badanej próbce. W pracy podjęto próbę wyjaśnienia związku między wynikiem pomiaru a wartością ciśnienia fali uder[...]

Laserowe nanoszenie znaków barwnych na podłoża ceramiczne

Czytaj za darmo! »

Różne rodzaje obróbki laserowej zyskują coraz większą popularność w wielu dziedzinach, takich jak: badania naukowe, przemysł [1÷3], technika wojskowa (dalmierze, laserowe wskaźniki celu), edukacja i urządzenia użytku domowego (dyski optyczne, odtwarzacze CD), restauracja dzieł sztuki [4] i wielu, wielu innych. Od kilku lat obserwuje się także zainteresowanie przemysłu ceramicznego zastosowaniem techniki laserowej do znakowania i zdobienia wyrobów ceramicznych. Podjęto odpowiednie prace badawcze w tej dziedzinie, co zaowocowało pojawieniem się wielu doniesień i patentów [np. 5÷11]. Również w Polsce z inicjatywy Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych i we współpracy z Instytutem Optoelektroniki WAT podjęto prace badawcze w dziedzinie laserowego znakowania i zdobienia ceramiki [12÷15]. Proces, w którym nanoszony barwnik zostaje na stałe spojony z podłożem ceramicznym na skutek oddziaływania termicznego wiązki lasera dużej mocy nie jest szeroko opisywany w literaturze [np. 8], choć oferowane są już na rynku zagraniczne barwniki ceramiczne przeznaczone do tego celu [16]. W artykule przedstawiono opis niektórych technik wykorzystywanych do optymalizacji procesu laserowej obróbki i zdobienia ceramiki. Omówiono m.in. wpływ konfiguracji układu eksperymentalnego na szerokość ścieżek wypalanych wiązką laserową na ceramice. DOBÓR PARAMETRÓW OBRÓBKI LASEROWEJ Wszelkie obiekty dekoracji wypalanej laserem mogą się składać z punktów (kropek) lub linii. Punktowe wypalanie laserowe stosuje się przy odtwarzaniu obrazów (np. fotografii) na ceramice. Napisy, etykiety, różne rysunki można także wykonywać metodą wektorową. Podstawowym elementem obiektu wektorowego jest linia, dlatego zbadano dokładniej wpływ parametrów obróbki laserowej (moc wiązki laserowej, szybkość skanowania oraz odległość obrabianej powierzchni od płaszczyzny ogniskowej soczewki skanera) na szerokość, barwę i jednorodność wypalonej linii. Szerokość wypalanej linii zależ[...]

Zastosowanie laserowo indukowanych fal uderzeniowych do badania dynamicznych właściwości materiałów


  Badania nad nowymi materiałami i warstwami oraz metodami ich wytwarzania wymagają stosowania nowych, szybkich i precyzyjnych metod diagnostycznych. Znajomość właściwości mechanicznych materiałów i warstw wierzchnich w warunkach statycznych, a przede wszystkim dynamicznych jest niezbędna do właściwego projektowania maszyn i urządzeń. Bardzo duże prędkości odkształceń występują w trakcie tarcia, obróbki mechanicznej materiałów oraz eksploatacji podzespołów wykorzystywanych w wielu dziedzinach techniki. Właściwości materiałów przy dużych prędkościach odkształceń w znaczący sposób różnią się od właściwości w warunkach statycznych. W szczególności dotyczy to twardości dynamicznej, naprężeń własnych i adhezji warstw do podłoża, dynamicznej granicy plastyczności i wytrzymałości. Zastosowanie krótkich impulsów laserowych do badania właściwości materiałów i warstw pozwala na poznanie procesów zachodzących w materiałach przy prędkościach odkształceń powyżej 106 s-1, które nie są możliwe do osiągnięcia innymi dotychczas stosowanymi metodami. Wykorzystywana jest w tym celu fala uderzeniowa wytwarzana w wyniku oddziaływania impulsu laserowego o dużej energii z badanym materiałem. Laser zastępuje dotychczas stosowane urządzenia mechaniczne, takie jak dzielony pręt Hopkinsona lub instalacje do zderzania płyt [1]. Proces ten jest również powszechnie wykorzystywany do powierzchniowej obróbki umacniającej metali i stopów (tzw. Laser Shot Peening - LSP). Badania optymalizacyjne związane z tą obróbką są prowadzone w wielu ośrodkach krajowych [2÷4] i zagranicznych [5÷7]. W roku 2014 w Instytucie Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauk i Instytucie Optoelektroniki Wojskowej Akademii Technicznej zostały rozpoczęte prace nad laserową metodą diagnostyki właściwości mechanicznych materiałów. Celem tych prac jest nie tylko analiza materiałów jednorodnych, lecz również badanie cienkich, nanometrycznych warstw i małych objętości materiał[...]

Laserowa dekoracja wyrobów ceramicznych


  Artykuł przedstawia krótki przegląd badań nad stworzeniem podstaw pod wdrożenie optymalnego i uniwersalnego procesu dekoracji laserowej wyrobów ceramicznych przy wykorzystaniu nowych, krajowych środków barwnych. Przedstawiono kryteria doboru środków barwnych w laserowej dekoracji ceramiki oraz krótko omówiono wpływ zjawisk fizycznych towarzyszących oddziaływaniu promieniowania laserowego z materiałem. Analizom wybranych wyników eksperymentalnych towarzyszą opisy działań podjętych dla optymalizacji procesu, ilustrowane zdjęciami otrzymanych oznakowań i dekoracji. Słowa kluczowe: znakowanie laserowe, badania profilometryczne, dekoracje laserowe.Od wielu lat technologie laserowe znajdują zastosowanie w wielu sektorach przemysłu do dekoracji, znakowania i identyfikacji metali, polimerów, a ostatnio również szkła, ceramiki i wielu innych materiałów. Najbardziej rozpowszechnionym procesem jest znakowanie laserowe, w którym wiązka laserowa zmienia własności powierzchni naświetlanego materiału, wytwarzając znak o wysokim kontraście lub o zmienionym kolorze, przy czym do otrzymywania trwałych liter, kodów i znaków na szkle oraz ceramice używane są różne techniki i metody. Wymienić tu można ablację laserową, stapianie fragmentu materiału podłoża poprzez maskę, skanowanie wiązką laserową [1] lub pokrywanie powierzchni powłokami o kontrastowym kolorze i kontrastowe usunięcie określonego wzoru [2]. Inne techniki polegają na naświetlaniu glazur i szkieł, przygotowanych z różnych barwników nieorganicznych, które wytwarzają znaczną zmianę barwy materiału [3-4]. Metody te są zazwyczaj stosowane do znakowania i dekoracji takich produktów jak wyroby szklane, nakrycia s[...]

Metodyka badań w inżynierii procesowej laserowej dekoracji porcelany: Część I – badania profilometryczne

Czytaj za darmo! »

Laserowa dekoracja porcelany wprowadza znaczny postęp technologiczny w procesie produkcji szerokiej gamy wyrobów przemysłowych i użytkowych, a także artystycznych. Zastąpienie tzw. "trzeciego wypału" piecowego przez stapianie środków barwnych wiązką laserową daje możliwości znacznego ograniczenia zużycia energii, czasu procesu oraz ilości odpadów środowiskowych [1, 2]. Łatwość programowania komputerowego ruchu wiązki laserowej w połączeniu z rosnącą dostępnością stosunkowo tanich i coraz bardziej niezawodnych, przemysłowych laserów średniej i dużej mocy umożliwia zastosowanie tej metody w przypadku jednostkowych wyrobów lub krótkich serii różnorodnych dekoracji dostosowanych do potrzeb indywidualnego klienta. Prace w tym kierunku prowadzone są od 2008 r. we współpracy Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych oraz Instytutu Optoelektroniki WAT w Warszawie. Ze względu na znaczne różnice w przebiegu obu procesów skład materiałów barwnych i metody ich nakładania, opracowane i zoptymalizowane dla powolnych procesów wypalania piecowego, nie sprawdzają się w dynamicznej, laserowej obróbce cieplnej. Przy naświetlaniu intensywnym promieniowaniem laserowym podgrzewany obszar ma niewielką powierzchnię, rozkład temperatury jest niejednorodny, a wartość temperatury i czas jej utrzymania trudno kontrolować. Wysoka temperatura jest utrzymywana przez czas rzędu setnych lub najwyżej dziesiątych części sekundy. Zmianom temperatury towarzyszą dynamicznie przebiegające zjawiska fizykochemiczne podobne do szerzej zbadanych i opisanych procesów laserowej obróbki metali [3÷5], które w istotny sposób mogą zaburzać profile powierzchni ceramiki po wypaleniu laserowym [6]. Zgodnie z analizami opisanymi w literaturze można przyjąć, że możliwymi siłami działającymi na płynny materiał barwny są gradienty napięcia powierzchniowego w przetopie (efekt Marangoniego) oraz ciśnienie odrzutu strumienia plazmy w wyniku odparowania [7÷9]. Siły napięcia powierzc[...]

Wykorzystanie bezpośredniej litografii interferencyjnej do nanoszenia struktur periodycznych na powierzchni różnych materiałów


  Bezpośrednia litografia interferencyjna jest technologią przeznaczoną do modyfikacji powierzchni różnych materiałów. Technologia ta wykorzystuje przestrzenne zmiany natężenia promieniowania wytworzonego w wyniku interferencji co najmniej dwóch impulsowych wiązek laserowych dużej mocy, które indukują lokalne i okresowe modyfikacje powierzchni materiału. Pozwala to, w jednym kroku i bez maski, na bezpośrednie wytwarzanie okresowych struktur i wzorów o dobrze zdefiniowanym porządku dalekiego zasięgu w skali mikro- i submikronowej [1÷3]. Technika ta jest nowym rozwiązaniem periodycznej inicjacji takich procesów metalurgicznych jak topnienie, rekrystalizacja czy regeneracja warstwy wierzchniej materiałów. Wykorzystanie impulsowych laserów dużej mocy pozwala na modyfikację morfologii i struktury warstwy lub warstw wierzchnich, włącznie z przetapianiem warstw głębiej położonych bez naruszania warstwy powierzchniowej. W zależności od określonych parametrów materiałowych i morfologii struktury można zrealizować nowe układy, takie jak biosensory, układy mikroprzepływów, formy do zastosowań biologicznych oraz struktury fotoniczne. W porównaniu z bardziej znanymi metodami litograficznych nowością tej technologii jest bezpośredni proces wytwarzania tego rodzaju struktur w przeciwieństwie do wytwarzania na materiale pośrednim w postaci fotorezystu. Zmiany topografii powierzchni, generowanie mikro/nanostruktur jedno-, dwu- i trójwymiarowych, w tym struktur zhierarchizowanych, wytwarzanych na powierzchni materiałów, silnie wpływają na ich własności, a nawet spełniane funkcje. Możliwość sprawnego i ekonomicznego wytwarzania dobrze zdefiniowanych, regularnych struktur powierzchniowych może być skutecznym sposobem znacznej poprawy istniejących lub tworzenia nowych właściwości wielu materiałów [3÷5]. W artykule do wytwarzania periodycznych wzorów na powierzchni metali, półprzewodników, izolatorów, ceramiki i metalicznych struktur wielowarstwowyc[...]

Metody dekoracji wyrobów ceramicznych i szklanych za pomocą promieniowania laserowego


  Proces zdobienia lub znakowania ceramiki i szkła w skali przemysłowej polega na naniesieniu dekoracji farbą ceramiczną na gotowy wyrób i następnie utrwaleniu tej farby w procesie wypalania. Stosowane powszechnie techniki nanoszenia dekoracji to kalka ceramiczna, natrysk, sitodruk bezpośredni i malowanie ręczne, przy czym istnieje coraz więcej zautomatyzowanych procesów produkcyjnych [1, 2]. Konwencjonalny proces dekoracji i znakowania farbami ceramicznymi jest jednak wciąż czasochłonny i bardzo energochłonny. Stosowany w produkcji masowej sitodruk wymaga jednego sita dla każdego koloru, co znacznie zwiększa koszt procesu przy małych seriach. Energochłonność procesów jest związana z dodatkowym wypalaniem wyrobów w wysokiej temperaturze. W poszukiwaniu metod obniżenia energochłonności i kosztów produkcji wyrobów ceramicznych i szklanych zwrócono uwagę na możliwość wykorzystania najnowszych osiągnięć technik inżynierii powierzchni, zapewniających miejscowe (punktowe), kontrolowane zmiany temperatury odpowiadające potrzebom wypalenia określonych wzorów powierzchniowych i znaków. Idealnie do tego celu nadaje się wysokoenergetyczne, monochromatyczne promieniowanie laserowe. Za podstawową wadę znakowania laserowego uważało się dotychczas wysoki koszt inwestycyjny, który jednak w sposób istotny obniża się w ostatnich latach wraz z dostępem do coraz tańszych i prostszych w eksploatacji, technologicznych systemów laserowych średniej i małej mocy (lasery pompowane diodowo, w tym lasery światłowodowe i dyskowe oraz lasery CO2). Prace w dziedzinie laserowej dekoracji wyrobów szklanych i ceramicznych są realizowane od kilku lat w Instytucie Ceramiki i Materiałów Budowlanych (ICiMB) we współpracy z Instytutem Optoelektroniki WAT [3÷7]. W artykule opisano dwie metody dekoracji wyrobów szklanych i ceramicznych. W pierwszej z nich na podłoże szklane jest nanoszony materiał barwny, specjalnie opracowany dla tego procesu w ICiMB, a promieniowa[...]

Wybrane metody laserowego periodycznego strukturowania powierzchni


  Zastosowanie laserowych metod obróbki powierzchniowej stwarza niemal nieograniczone możliwości kształtowania właściwości warstwy wierzchniej różnych materiałów. Właściwości warstwy wierzchniej można modyfikować w różny sposób, tak aby spełniały założone wymagania fizyczne,, chemiczne lub mechaniczne, takie jak np. zwiększenie odporności na ścieranie [1], zmniejszanie oporów przepływu [2], zmiana właściwości tribologicznych [3], zmniejszanie współczynnika odbicia światła [4], zwiększenie współczynnika adhezji [5] lub zabezpieczenie przed korozją [6]. Ponadto właściwości samych materiałów są silnie związane z ich mikrostrukturą, jak również jej rozmieszczeniem przestrzennym. W związku z tym modyfikacja powierzchni z myślą o dopasowaniu odpowiedniego wzoru topograficznego i mikrostruktury jest kluczem do funkcjonalności powierzchni. Począwszy od podglądania natury, poprzez badania jej odpowiedników [7, 8], można udowodnić, że dobrze zaprojektowana modyfikacja warstwy wierzchniej o odpowiednich rozmiarach jest w stanie połączyć różne właściwości, które mogą być znacznie lepsze od materiałów kompozytowych i ich oryginalnych powierzchni. W artykule przedstawiono dwie metody efektywnego, laserowego kształtowania wzoru topograficznego i mikrostruktury w stopie amorficznym Fe88Si11B1. W metodzie bezpośredniej laserowej litografii interferencyjnej odpowiedni wzór otrzymuje się dzięki nałożeniu wiązek laserowych (dwóch lub więcej) na powierzchni materiału, które, oddziałując ze sobą, tworzą obraz interferencyjny. W wyniku odpowiedniego doboru poziomu energii laserowej pole interferencyjne może spowodować w maksimach interferencyjnych przetopienie, a nawet ablację materiału [9÷11]. W drugiej metodzie wykorzystano jedną z niestabilności związanych z dodatnim sprzężeniem zwrotnym pomiędzy charakterystykami promieniowania laserowego a obrabianym materiałem. Jest nią spontaniczne tworzenie się laserowo indukowanej periodycznej mikrostruktu[...]

Periodyczne strukturowanie powierzchni wybranych materiałów biozgodnych DOI:10.15199/48.2015.05.13

Czytaj za darmo! »

W artykule przedstawiono eksperymentalnie wytworzone struktury periodyczne, w skali mikro i sub-mikro, na powierzchniach wybranych biozgodnych materiałów - stopów tytanu i amorficznego węgla (DLC). Strukturowanie powierzchni tych materiałów uzyskano wykorzystując metodę bezpośredniej laserowej litografii interferencyjnej, tworząc 1D i 2D wzory o okresie równym użytej długości fali i jej wielokrotności, w zależności od ilości wiązek lasera biorących udział w interferencji. Abstract. The paper presents experimentally fabricated periodical structures, in a micro- and submicro scale, at surfaces of selected biocompatible materials - Titanium alloys and amorphous carbon (DLC). Surface structuring of these materials has been performed using direct laser interference lithography method. It resulted in the creation of 1 D and 2 D patterns with periods equal to the laser wavelength and its multiplies, in dependence on the number of interfering laser beams. (Periodical surface structuring of selected biocompatible materials). Słowa kluczowe: ablacja laserowa, bezpośrednia litografia interferencyjna, strukturowanie powierzchni biozgodnych. Keywords: laser ablation, direct laser interference lithography, biocompatible surfaces structuring. Wstęp Na podstawie literatury [1-3] i z badań własnych autorów wynika, że topograficzna modyfikacja powierzchni materiałów biozgodnych wzmacnia oddziaływanie komórek z taką powierzchnią. Konsekwencją jest zwiększenie przyczepności komórek do podłoża (zwiększenie adhezji), zwiększony zasięg rozprzestrzeniania się komórek, a także ukierunkowanie ich rozwoju. W artykule przedstawiono eksperymentalnie wytworzone struktury periodyczne, w skali mikro i submikro, na powierzchniach wybranych biozgodnych materiałów. Strukturowanie powierzchni tych materiałów uzyskano wykorzystując metodę bezpośredniej laserowej litografii interferencyjnej, tworząc 1D i 2D wzory o okresie równym użytej długości fali i jej wielokrotnośc[...]

 Strona 1  Następna strona »